提升學生信息提取能力的若干策略

齊國元 方 獵

(浙江省杭州第四中學 浙江 杭州 310018)

信息提取能力是學生建立物理概念，學習物理規律，進行科學探究的前提和基礎.信息提取能力是學生利用所學的物理知識和方法解決具體問題的重要前提.信息提取能力是通過高中物理學習之后所具備的物理學科核心素養的外在表現之一.浙江省2021年和2022年高考(選考)物理試題凸顯對學生信息提取能力的考查，試題要求學生從真實情景中給出的文本、圖片、圖表中提取信息，進行問題的解決，甄別學生物理學科核心素養習得程度，實現人才的選拔.

從學生的表現看，對這一類需要先進行信息提取再利用所學的物理概念、物理規律、物理模型和方法解決問題的試題處理起來比較困難，得分率較低.究其原因是學生缺少信息提取的策略，即不明晰從哪些角度去提取對問題解決有用的信息.筆者從具體問題解決的4個重要環節：條件獲取—模型建構—知識選取—問題解決，以及物理學科核心素養各個要素在具體問題解決時的作用提出有關提升學生信息獲取能力的3點策略.

1 基于“物理觀念”提取具體問題的關鍵信息

“物理觀念”是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識；是物理概念和規律在頭腦中的提煉和升華；是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎[1].因此，從物質(結構)、運動、相互作用、能量等視角關注相關信息，能有效獲取問題解決的關鍵信息(條件)，實現問題的解決.

【例1】(浙江省2021年6月選考試題第1題)據《自然》雜志2021年5月17日報道，中國科學家在稻城“拉索”基地(圖1)探測到迄今為止最高能量的γ射線，能量值為1.40×1015eV，即( )

圖1 例1題圖

A.1.40×1015V B.2.24×10-4C

C.2.24×10-4W D.2.24× 10-4J

學生求解思路：學生通過單位換算進行求解，即1.40×1015eV=1.40×1015×1.6×10-19J=2.24×10-4J.

試題立意解讀：本題是考查學生的能量觀，即知道電子伏特(eV)是能量的單位，而能量的國際單位是焦耳(J)，根據單位即可得到答案D.

信息提取流程：本題考查學生的物理觀念，應從能量觀視角獲取信息.該題的文本信息中“能量值為1.40×1015eV”，是描述能量的大小，而選項中4個值的單位分別是“V”“C”“W”“J”.基于能量觀視角看能量的單位為“J”，根據單位即可得到答案D.

關鍵能力描述：本題主要考查學生物理觀念中的能量觀，知道能量的單位，以及相關單位換算.

【例2】(浙江省2022年1月選考試題第14題)2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發電30周年，核電站累計發電約6.9×1011kW·h，相當于減排二氧化碳六億多噸.為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱(圖2)，下列說法正確的是( )

圖2 例2題圖

A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量

B.秦山核電站發電使原子核虧損的質量約為27.6 kg

C.核電站反應堆中需要用鎘棒控制鏈式反應的速度

學生求解思路：本題的難點是選項B，學生根據“核電站累計發電約6.9×1011kW·h”，然后利用ΔE=Δmc2，求得虧損質量為27.6 kg.

試題立意解讀：本題是考查學生的能量觀，核能發電過程中其轉化效率并不是100%.

信息提取流程：本題考查能量的轉化(核能的應用)，應從能量轉化與守恒視角獲取信息.該題的文本信息中“為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱”，根據上述信息和能量觀可以獲取“發電過程中轉化率不是100%”這一重要信息.由于轉化率未知，故無法求解秦山核電站發電使原子核虧損的質量，B錯誤.

關鍵能力描述：本題主要考查學生物理觀念中的能量觀，知道能量轉化與守恒的內涵.

2 基于“科學思維”獲取具體問題的隱含信息

“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式；是基于經驗實施建構物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力和品格[1].從“模型建構”“科學推理”“科學論證”等視角挖掘，能有效地提取文本中隱含信息.即從物理模型建構所需要的相關條件挖掘隱含信息；從進行科學推理所需要的原始條件及用于推理和論證的數據等方面挖掘隱含信息；從尋求科學論證需要的證據與觀點入手挖掘隱含信息.

【例3】(浙江省2022年1月選考試題第3題)如圖3所示，在火箭發射塔周圍有鋼鐵制成的4座高塔，高塔的功能最有可能的是( )

圖3 例3題圖

A.探測發射臺周圍風力的大小

B.發射與航天器聯系的電磁波

C.預防雷電擊中待發射的火箭

D.測量火箭發射過程的速度和加速度

學生求解思路：學生認為選項中的描述都是火箭發射過程中要關注的物理量(問題)，因此對于本題沒有太明確的想法.

試題立意解讀：試題考查學生論證能力，題干中特別強調“鋼鐵”制成的“高”塔，即對高塔的材質做了說明，圖中也很容易看到塔的高度比發射塔高，引導學生向“避雷針”方向考慮.

信息提取流程：考查學生論證能力，應從證據與觀點入手挖掘隱含信息.從文本中獲取“鋼鐵制成”“高塔”“圖片中高塔比發射塔高”等有效信息.基于已有的物理觀念結合獲取的信息進行論證.

關鍵能力描述：本題考查學生的信息提取能力和科學論證能力.基于生活經驗得知測量風力的儀器材質未必是“鐵質”和“高”，故A錯誤.測量火箭的速度和加速度是利用電磁波，故B和D是一個問題，更何況生活經驗告訴我們發射和接收電磁波的裝置是“碗狀”的.根據上述信息鐵質高塔最有可能的功能是預防雷電擊中待發射的火箭.

【例4】(浙江省2022年1月選考試題第10題)空間站在地球外層的稀薄大氣中繞行，因氣體阻力的影響，軌道高度會發生變化.空間站安裝有發動機，可對軌道進行修正.圖4中給出了國際空間站2020.02-2020.08期間離地高度隨時間變化的曲線，則空間站( )

圖4 例4題圖

A. 繞地運行速度約2.0 km/s

B. 繞地運行速度約為8.0 km/s

C. 在4月份繞行的任意兩小時內機械能可視為守恒

D. 在5月份繞行的任意兩小時內機械能可視為守恒

學生求解思路：

學生甲：國際空間站在近地軌道，故其繞地運行速度為7.9 km/s，故B正確.

學生乙：近地軌道衛星，繞地運行速度為7.9 km/s，而國際空間站有一定的高度，故繞地運行速度小于7.9 km/s，故A正確.

學生丙：由圖4可知在4月份，國際空間站軌道高度減小，故其機械能不守恒，故C錯誤.

學生?。河蓤D4可知在5月份，國際空間站軌道高度減小，故其機械能不守恒，故D錯誤.

試題立意解讀：試題考查學生從圖表中獲取相關數據，并對數據進行解讀分析的能力，理解“長時間的機械能不守恒與2小時的近視守恒”是“對立統一”的辯證思維.

信息提取流程：本題考查學生的推理能力，應從用于推理和論證的數據等方面挖掘隱含信息.從圖表中獲取以下信息：

(1)國際空間站軌道高度為418～421 km，進而得到其軌道半徑為6 818～6 821 km.

(2)第4個月內的某一時刻，軌道高度發生了瞬間的變化(突變).

(3)第5個月內，盡管高度也在變化，但是變化的比較緩慢，且高度變化不大，進而推理在兩個小時內軌道高度幾乎沒有變化.

具有估算意識和能力，即國際空間站的軌道半徑盡管比地球半徑大，但是兩者差異不大，故A和B錯誤.

關鍵能力描述：本題考查學生的科學思維，關注學生的信息提取能力和估算能力，以及能用恰當的證據證明物理結論.第4個月內的某一時刻，軌道高度發生了瞬間的變化(突變)說明有外力做功，機械能不守恒，故C錯誤.第5個月內，盡管高度也在變化，但是變化的比較緩慢，且高度變化不大，進而推理在兩個小時內軌道高度幾乎沒有變化，體會“長時間的機械能不守恒與2小時的近視守恒”是“對立統一”的辯證思維，機械能守恒，故D正確.

3 基于“科學探究”挖取具體問題的佐證信息

“科學探究”是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗和制定方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力[1].對結果進行交流、評估、反思需要基于一定知識儲備和實驗數據，因此我們需要從實驗裝置的特點、實驗操作的過程、數據的獲取、結論的得出等角度挖掘所需相關信息和證據.質疑和評估是在學生已有知識(認知)和實驗(事實)發生沖突時進行的，因此審題時要從思維沖突點上挖掘佐證信息.

【例5】(浙江省2022年1月選考試題第23題第②小題)表1是某次“探究碰撞中的不變量”實驗時測得的數據.

表1 某次“探究碰撞中的不變量”實驗時測得的數據

由表中數據可知，碰撞后小車A、B所構成系統的總動量大小是kg·m/s.(結果保留3位有效數字)

學生求解思路：本實驗是“探究碰撞中的不變量”，實驗應遵循動量守恒定律，A的初始動量為0.202 kg·m/s，故碰撞后小車A、B所構成系統的總動量大小0.202 kg·m/s.

試題立意解讀：試題考查學生從表格中獲取相關實驗數據，進行質疑、模型建構、科學推理和論證的能力.

信息提取流程：本題考查學生的質疑和評價能力，應從思維沖突點上挖掘佐證信息.解讀上述表格中的信息:

(1)速度是矢量，題目怎么只有速度大?。?質疑)，方向應該怎樣？通過碰撞實驗、生活經驗建立小質量碰撞后反彈模型(建模)，確定速度值為負；

(2)計算得到0.280，與動量比較，怎么會差這么多？(質疑)，根據所給器材不可能是實驗誤差(論斷)，聯系實驗與生活經驗想到小質量物體要反彈(建模)，確定速度值為負.

關鍵能力描述：本題考查學生的科學思維，考查學生能用恰當的證據證明物理結論.根據上述信息，如果兩車碰后速度同向，則碰撞后系統的總動量為0.280 kg·m/s，通過論證發現誤差太大.再根據信息“速度大小”，反思是否可能碰后兩者速度反向，在此基礎上進行推理，得到碰撞后小車A、B所構成系統的總動量為0.200 kg·m/s，誤差很小，符合實驗規律.故答案為0.200 kg·m/s.

【例6】(浙江省2021年6月選考試題第18題第②小題)先將單刀雙擲開關擲到左邊，記錄電流表讀數，再將單刀雙擲開關挪到右邊，調節電阻箱的阻值，使電流表的讀數與前一次盡量相同，電阻箱的示數如圖5所示.則待測電阻RxΩ.此方法(填“有”或“無”)明顯的實驗誤差，其理由是___________________________________.

圖5 例6題圖

學生求解思路：從實驗原理上看本實驗采用等效替換的思想，即用電阻箱來替代待測電阻，電路沒有變化故沒有明顯的實驗誤差.

試題立意解讀：本題給出具體的實驗操作方案，要求學生根據實驗操作獲取實驗數據，得出實驗結論，并進行誤差分析.引導學生在平時學習過程中關注實驗原理、數據獲取、誤差分析等實驗環節.

信息提取流程：本題是實驗題，信息提取應從實驗原理、實驗儀器、實驗操作、數據獲取、結論獲得等環節中進行提取.

(1)由于實驗操作過程中看“調節電阻箱的阻值，使電流表的讀數與前一次盡量相同”，而電流表的讀數會有誤差，故本實驗存在誤差，其原因是電流表讀數誤差引起的.

(2)從實驗裝置的特點看,由于實驗使用的電阻箱精度為“1 Ω”，而待測電阻又比較小(5 Ω左右)，故會有電阻測量的誤差.

關鍵能力描述：本題考查學生的科學探究素養.尤其是打破了以往只考查教材中常規實驗的慣例.給出具體的實驗操作方案，讓學生自主分析.這很好地引導了教師教學和學生學習過程中關注實驗的基礎問題，培養學生良好的科學探究素養，尤其是利用證據來描述、解釋實驗現象和結論的意識與能力.

通過上述試題的分析與解讀，我們不難發現，在素養指向下的高考(選考)試題已經發生了較大的改變，凸顯對學生物理學科核心素養的考查[2].信息提取作為問題解決的第一步，是問題能否成功解決的關鍵.信息提取的優劣直接關系到物理模型建構的合理與否；科學推理和論證的正確與否；質疑與評價是否有理有據.引導學生從“物理觀念”提取具體問題的關鍵信息；從“科學思維”獲取具體問題的隱含信息；從“科學探究”挖掘具體問題的佐證信息，能較好地培養其信息提取的意識和能力.信息提取的意識和能力的提升能有效地提高學生利用物理知識解決實際問題的能力，同時也是學生物理學科核心素養的重要外在表現.